intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Bài giảng Lý thuyết điều khiển hiện đại: Chương 2 - Văn Tấn Lượng

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:63

Thêm vào BST
Báo xấu
6
lượt xem 1
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Lý thuyết điều khiển hiện đại" Chương 2 - Điều khiển phi tuyến, gồm các nội dung chính sau: Giới thiệu; phương pháp hàm mô tả; lý thuyết ổn định Lyapunov; phương pháp tuyến tính hoá hồi tiếp; phương pháp điều khiển trượt; phương pháp backstepping Phương pháp gain scheduling; ứng dụng Matlab thiết kế và mô phỏng hệ thống điều khiển phi tuyến. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Lý thuyết điều khiển hiện đại: Chương 2 - Văn Tấn Lượng

  1. 3/8/2024 LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN HIỆN ĐẠI Bô Môn: Điện Công Nghiệp Khoa Công nghệ Điện – Điện Tử 3/8/2024 Văn Tấn Lượng 1 NỘI DUNG MÔN HỌC Chương 1: Giới thiệu Chương 2: Điều khiển phi tuyến Chương 3: Điều khiển tối ưu và bền vững Chương 4: Điều khiển thích nghi 3/8/2024 Văn Tấn Lượng 2 1
  2. 3/8/2024 NỘI DUNG CHƯƠNG 2 Giới thiệu Phương pháp hàm mô tả Lý thuyết ổn định Lyapunov Phương pháp tuyến tính hoá hồi tiếp Phương pháp điều khiển trượt Phương pháp backstepping Phương pháp gain scheduling Ứng dụng Matlab thiết kế và mô phỏng hệ thống điều khiển phi tuyến 3/8/2024 Văn Tấn Lượng 3 Khái niệm về hệ phi tuyến Hệ thống phi tuyến là HT trong đó quan vào–ra không mô tả bằng phương trình vi phân/sai phân tuyến tính. Phần lớn các đối tượng thực tế mang tính phi tuyến. Hệ thống thủy khí (TD: bồn chứa chất lỏng,…), Hệ thống nhiệt động học (TD: lò nhiệt,…), Hệ thống cơ khí (TD: cánh tay máy,….), Hệ thống điện – từ (TD: động cơ, mạch khuếch đại,…) Hệ thống vật lý có cấu trúc hỗn hợp,… Tùy theo dạng tín hiệu trong hệ thống mà hệ phi tuyến có thể chia hai loại: Hệ phi tuyến liên tục Hệ phi tuyến rời rạc. Nội dung môn học chỉ đề cập đến hệ phi tuyến liên tục. 3/8/2024 Văn Tấn Lượng 4 2
  3. 3/8/2024 Tính chất của hệ phi tuyến Hệ phi tuyến không thỏa mãn nguyên lý xếp chồng. Tính ổn định của hệ phi tuyến không chỉ phụ thuộc vào cấu trúc, thông số của hệ thống mà còn phụ thuộc vào tín hiệu vào. Nếu tín hiệu vào hệ phi tuyến là tín hiệu hình sin thì tín hiệu ra ngoài thành phần tần số cơ bản (bằng tần số tín hiệu vào) còn có các thành phần hài bậc cao (là bội số của tần số tín hiệu vào). Hệ phi tuyến có thể xảy ra hiện tượng dao động tự kích. 3/8/2024 Văn Tấn Lượng 5 Các khâu phi tuyến cơ bản Khâu relay 2 vị trí Khâu relay 3 vị trí 3/8/2024 Văn Tấn Lượng 6 3
  4. 3/8/2024 Các khâu phi tuyến cơ bản Khâu khuyếch đại bão hòa Khâu khuyếch đại có miền chết 3/8/2024 Văn Tấn Lượng 7 Các khâu phi tuyến cơ bản Khâu relay 2 vị trí có trể Khâu relay 3 vị trí có trể 3/8/2024 Văn Tấn Lượng 8 4
  5. 3/8/2024 Các khâu phi tuyến cơ bản Khâu khuếch đại bão hòa có trể 3/8/2024 Văn Tấn Lượng 9 Mô tả toán học hệ phi tuyến dùng PTVP Quan hệ vào ra của hệ phi tuyến liên tục có thể biểu diễn dưới dạng phương trình vi phân phi tuyến bậc n: u(t) : tín hiệu vaøo, y(t) : tín hiệu ra, g(.) : haøm phi tuyến Ví dụ: Phương trình vi phân bậc 2; n=2, m=1 3/8/2024 Văn Tấn Lượng 10 5
  6. 3/8/2024 Mô tả hệ phi tuyến dùng PTVP – Thí dụ 1 3/8/2024 Văn Tấn Lượng 11 Mô tả hệ phi tuyến dùng PTVP – Thí dụ 2 J: moment quán tính của cánh tay máy M: khối lượng của cánh tay máy m: khối lượng vật nặng; l: chiều dài cánh tay máy lC : khoảng cách từ trọng tâm tay máy đến trục quay B: hệ số ma sát nhớt; g: gia tốc trọng trường u(t): moment tác động lên trục quay của cánh tay máy (t): góc quay (vị trí) của cánh tay máy J ml 2 t B t ml Ml g cos u t C 3/8/2024 Văn Tấn Lượng 12 6
  7. 3/8/2024 Mô tả hệ phi tuyến dùng PTVP – Thí dụ 3 Góc bánh lái Hướng chuyển động của tàu k Hệ số i Hệ số Phương trình vi phân mô tả hệ thống tàu thủy 1 1 1 3 k t t t t 2 t t 1 2 1 2 1 2 3/8/2024 Văn Tấn Lượng 13 Mô tả hệ phi tuyến dùng PTTT Hệ phi tuyến Mô tả dùng PTTT 3/8/2024 Văn Tấn Lượng 14 7
  8. 3/8/2024 Mô tả hệ phi tuyến dùng PTTT – Thí dụ 1 3/8/2024 Văn Tấn Lượng 15 Mô tả hệ phi tuyến dùng PTTT – Thí dụ 2 3/8/2024 Văn Tấn Lượng 16 8
  9. 3/8/2024 Các phương pháp khảo sát hệ phi tuyến Không có phương pháp nào có thể áp dụng hiệu quả cho mọi hệ phi tuyến. Một số phương pháp thường dùng để phân tích và thiết kế hệ phi tuyến: Phương pháp tuyến tính hóa Phương pháp hàm mô tả Phương pháp Lyapunov Điều khiển hồi tiếp tuyến tính hóa Điều khiển trượt 3/8/2024 Văn Tấn Lượng 17 Phương pháp hàm mô tả (Phương pháp tuyến tính hóa điều hòa) 3/8/2024 Văn Tấn Lượng 18 9
  10. 3/8/2024 Thí dụ hệ thống điều khiển phi tuyến có khâu bão hòa Xét hệ thống điều khiển: 3/8/2024 Ví dụ: Mô phỏng trên matlab Văn Tấn Lượng 19 Thí dụ hệ thống điều khiển phi tuyến có khâu bão hòa * Làm thế nào dự báo về sự xuất hiện của dao động tự kích này? 3/8/2024 Văn Tấn Lượng 20 10
  11. 3/8/2024 Phương pháp h àm mô tả Phương pháp hàm mô tả mở rộng gần đúng hàm truyền đạt của hệ tuyến tính sang hệ phi tuyến. Phương pháp hàm mô tả áp dụng khảo sát trong miền tần số có thể áp dụng cho các hệ phi tuyến bậc cao do dễ thực hiện và gần giống tiêu chuẩn Nyquist Áp dụng khảo sát chế độ dao động trong hệ phi tuyến có thể đưa về dạng: Khâu phi tuyến + Khâu tuyến tính 3/8/2024 Văn Tấn Lượng 21 Đáp ứng hệ phi tuyến khi tín hiệu vào hình sin Để khảo sát khả năng tồn tại dao động tuần hoàn không tắt trong hệ đầu vào khâu phi tuyến ta cho sóng điều hòa không tắt: e(t)=Msin(ω ) Tín hiệu ra khâu phi tuyến không phải tín hiệu sin, phân tích Fourier ta thấy u(t) có chứa thành phần tần số cơ bản và các thành phần bậc cao 2ω, 3ω... 3/8/2024 Văn Tấn Lượng 22 11
  12. 3/8/2024 Đáp ứng hệ phi tuyến khi tín hiệu vào hình sin Các hệ số Fourier xác định theo các công thức sau: Giả thiết G(s) là bộ lọc thông thấp, các thành phần hài bậc cao ở ngõ ra của khâu tuyến tính không đáng kể so với thành phần tần số cơ bản, khi đó tín hiệu ra của khâu tuyến tính gần đúng bằng: 3/8/2024 Văn Tấn Lượng 23 3/8/2024 Văn Tấn Lượng 24 12
  13. 3/8/2024 Định nghĩa hàm mô tả Hàm mô tả (hay còn gọi là hệ số khuếch đại phức) là tỷ số giữa thành phần sóng hài cơ bản của tín hiệu ra của khâu phi tuyến và tín hiệu vào hình sin. Trong các công thức trên u(t) là tín hiệu ra của khâu phi tuyến khi tín hiệu vào là Msin(wt). Nếu u(t) là hàm lẻ thì: 3/8/2024 Văn Tấn Lượng 25 Hàm mô tả của các khâu phi tuyến cơ bản 3/8/2024 Văn Tấn Lượng 26 13
  14. 3/8/2024 Khâu relay 2 vò trí (tt) 3/8/2024 Văn Tấn Lượng 27 Khâu relay 3 vị trí 3/8/2024 Văn Tấn Lượng 28 14
  15. 3/8/2024 3/8/2024 Văn Tấn Lượng 29 3/8/2024 Văn Tấn Lượng 30 15
  16. 3/8/2024 Khâu khuếch đại bão hòa (tt) Do u(t) là hàm lẻ nên B1 = 0 Do đó hàm mô tả của khâu khuếch đại bão hòa là: 3/8/2024 Văn Tấn Lượng 31 Khâu khuếch đại có vùng chết 3/8/2024 Văn Tấn Lượng 32 16
  17. 3/8/2024 Khâu khuếch đại có vùng chết (tt) Do u(t) là hàm lẻ nên B1 = 0 Do đó hàm mô tả của khâu khuếch đại có vùng chết là: 3/8/2024 Văn Tấn Lượng 33 Khâu relay 2 vị trí có trễ 3/8/2024 Văn Tấn Lượng 34 17
  18. 3/8/2024 Khâu relay 2 vị trí có trễ (tt) Do đó hàm mô tả của khâu relay 2 vị trí có trễ là: 3/8/2024 Văn Tấn Lượng 35 Khảo sát chế độ dao động điều hòa trong hệ phi tuyến Xét hệ phi tuyến có sơ đồ như sau: Điều kiện để hệ thống có giao động là: Phương trình trên được gọi là phương trình cân bằng điều hòa. Phương trình này được dùng để xác định biên độ và tần số của dao động điều hòa trong hệ phi tuyến Nếu (M*, w*) là nghiệm của phương trình (*) thì trong hệ phi tuyến có giao động với tần số w* , biên độ M*. 3/8/2024 Văn Tấn Lượng 36 18
  19. 3/8/2024 Khảo sát chế độ dao động điều hòa trong hệ phi tuyến Về mặt hình học, nghiệm của phương trình (*) là (w*, M*) chính là giao điểm của đường cong Nyquist G(jw) của khâu tuyến tính và đường đặc tính -1/N(M) của khâu phi tuyến. Dao động trong hệ phi tuyến là ổn định nếu đi theo chiều tăng của đặc tính -1/N(M) của khâu phi tuyến, chuyển từ vùng không ổn định sang vùng ổn định của khâu tuyến tính G(jw) 3/8/2024 Văn Tấn Lượng 37 Trình tự khảo sát chế độ dao động trong hệ phi tuyến Bước 1: Xác định hàm mô tả của khâu phi tuyến (nếu khâu phi tuyến không phải là các khâu cơ bản). Bước 2: Điều kiện tồn tại dao động trong hệ: đường cong Nyquist G(jw) và đường đặc tính -1/N(M) phải cắt nhau. Bước 3: Biên độ, tần số dao động (nếu có) là nghiệm của phương trình: Nếu N(M) là hàm thực thì: Tần số dao động chính là tần số cắt pha − của khâu tuyến tính G(j ) Biên độ dao động là nghiệm của phương trình: 3/8/2024 Văn Tấn Lượng 38 19
  20. 3/8/2024 Khảo sát chế độ dao động trong hệ phi tuyến – Ví dụ 1 Xét hệ phi tuyến có sơ đồ như sau: Hàm truyền của khâu tuyến tính là: 10 G(s)  s 0.2s 12s  1 Khâu phi tuyến là khâu relay 2 vị trí có Vm = 6 Hãy xác định biên độ và tần số dao động tự kích trong hệ (nếu có) 3/8/2024 Văn Tấn Lượng 39 Lời giải Hàm mô tả của khâu relay 2 vị trí là: Do đường cong Nyquist G(jω) và đường đặc tính -1/N(M) luôn luôn cắt nhau (xem hình vẽ) nên trong hệ phi tuyến luôn luôn có dao động 3/8/2024 Văn Tấn Lượng 40 20
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí
65 tài liệu
2438 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright ©2025 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
33=>0